匝道連接部設計淺析

林良秋

（上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海市 201108）

0 引言

互通式立體交叉因相交道路所形成的節點多，錯綜復雜，導致其設計是一項極其復雜、計算繁瑣、工作量巨大的工作。匝道連接部是匝道相互之間的連接部位，包括分、合流車道連接路段及鼻端等[1]，是非常典型的互通式立體交叉節點，設計牽扯內容較多，難度較大。該處的設計優劣是整個互通式立體交叉設計成敗的關鍵，對其進行精細化設計是非常有必要的。而連接部處精細化設計主要包括如下內容：路拱橫坡；超高漸變；相鄰匝道縱坡的確定。

本文結合工程實例，在平面線形設計完成的基礎上，提供兩種設計方法，通過對連接部處路拱橫坡、縱坡、超高進行精細設計，使得匝道連接部處兩匝道縱坡銜接良好、路拱橫坡過渡順暢、行車舒適、易于排水。

1 工程實例

南北高速樞紐立交是北海市向海大道工程的一個立交樞紐，位于廣西省北海市，由向海大道（城市主干路）與南北高速公路相交而設置的全互通立體交叉。該互通式立體交叉采用“雙苜蓿葉”+兩個半定向左轉匝道+4個定向右轉匝道的形式，立交示意見圖1。

圖1 互通式立體交叉示意圖

本互通最具代表性的匝道連接部為EN即東向北匝道、ES即東向南匝道形成的分流連接部和WS即西向南匝道、ES即東向南匝道形成的合流連接部。故本文選取上述兩連接部作為研究對象。

2 連接部

本次設計，匝道采用單向橫坡，路拱橫坡為1.5%。

2.1 分流連接部

EN匝道、ES匝道分流連接部，平面線位見圖2：連接部處，EN匝道的平面線形是“緩和曲線+半徑R=300 m的圓曲線”；ES匝道的平面線形是“直線+緩和曲線+半徑R=250 m的圓曲線”。

EN匝道平面線形位于ES匝道內側，鼻端之前，EN匝道與ES匝道采用相同的路拱橫坡。根據圖2，可知EN匝道和ES匝道平面線型位置，鼻端附近EN匝道的設計中心線為半徑R=300 m的圓曲線，需設置全超高，根據規范，超高值為3%，而鼻端前ES匝道為緩和曲線。EN匝道的緩圓點（HY）對應的ES匝道的樁號為B，鼻端處ES匝道樁號為C，故ES匝道樁號由B至C的路拱橫坡取EN匝道的全超高值3%。ES匝道緩圓（HY）點后的圓曲線半徑為R=250 m，按照規范，超高值為4%。所以ES匝道C樁號至緩圓點（HY）D樁號，路拱橫坡由3%漸變至4%。因ES匝道此段超高漸變，超高方向始終沒有改變，整個超高過程不會出現橫坡接近0的情況，也就不會出現排水不順暢的情況，故此段超高漸變不用驗算超高漸變率。ES匝道超高漸變見圖3。

圖2 ES、EN匝道平面線位圖

圖3 ES匝道超高漸變圖

2.1.2 連接部處EN匝道縱坡的確定

連接部處兩匝道縱坡相互影響，為了鼻端處標高能銜接良好，縱坡需要通過計算確定。本次設計，因ES匝道線形復雜，長度較長，所以以ES匝道為控制匝道，先確定ES匝道縱坡，再以ES縱坡作為控制要素，確定EN匝道在鼻端處及鼻端前某樁號對應的標高，求出兩點間的長度，計算出它們的縱坡坡度，此坡度即為EN匝道在連接部處縱坡坡度，示意見圖4。

圖4 EN匝道連接部縱坡求解圖

具體計算方法如下：

（1）確定鼻端處EN匝道的樁號G，再在鼻端前不遠處任選一樁號H；

其中,p為看漲期權定價模型參數向量;Ω為參數向量空間;τi和Ki(i=1,2,…,M)為第i種期權的到期時間和敲定價格;C0(τi,Ki,p)和為由期權定價模型得到的期權價格和市場觀測到的實際價格;wi(i=1,2,…,M)為第i種期權的權重因子。3種模型的參數選取和搜尋空間如表1所示。

（2）過G點作匝道ES中心線的垂線GE交ES匝道于E樁號，過H點作匝道ES中心線的垂線HF交ES匝道于F樁號；

（3）由前面所述可知GE，HF均處于ES匝道路拱橫坡i為3%的斷面上，所以G標高=E標高-LGE×3%，H標高=F標高-LHF×3%，LGE，LHF分別為 G、E，H、F兩點間的長度；

（4）EN匝道起點段GH的縱坡PGH便可確定：兩樁號的差值。

2.2 合流連接部

WS匝道、ES匝道合流連接部，平面線位見圖5：連接部處，ES匝道的平面線形是“半徑R=250 m的圓曲線+兩段反向緩和曲線”；WS匝道的平面線形是“緩和曲線+半徑R=298.25 m的圓曲線”。

圖5 WS、ES匝道平面線位圖

2.2.1 附加路拱

由兩匝道平面線位圖可知，連接部處兩匝道中心線為反向曲線，ES匝道長度較長，線形復雜，選此匝道作為控制匝道。因WS匝道中心線位于ES匝道外側，故在鼻端三角區附近采用附加路拱的方式過渡反向橫坡。

附加路拱，顧名思義，就是本來連接部處兩匝道應處于一個平面，但是因為線形問題，兩匝道在同一斷面處做不到橫坡相同，只能在三角區附近添加一路脊線，使得連接部處兩匝道能通過該路脊線消化掉橫坡差。

2.2.2 附加路拱設置方法

在靠近鼻端的一側，分別作出ES匝道、WS匝道硬路肩邊線，延長至相交，相交的點J便是附加路拱的路脊線端點，連接鼻端中心點K與路脊線端點J所得的直線便是附加路拱的路脊線，附加路拱見圖6。

圖6 附加路拱圖

2.2.3 路拱橫坡、超高漸變

由圖5、圖6可知，合流連接部處WS匝道中心線圓曲線半徑R=298.25 m，根據規范[1]，需設超高，超高值i2=3%。故附加路拱路脊線端點J處對應的ES匝道J樁號的路拱橫坡取全超高值3%，J點往后，兩匝道共面，路拱橫坡相同。由圖5可看出，鼻端前ES匝道圓曲線半徑R=250 m，根據規范，需設超高，超高值i1=-4%，超高方向與WS匝道在J點的超高方向相反。故ES匝道由圓緩點（YH）至J點，路拱橫坡由-4%漸變到3%，超高方向相反，需驗算超高漸變率ρ，計算方法如下H=B2×i2-B1×i1，其中，B1、B2為超高過渡段起、終點車行道邊緣至超高旋轉軸的寬度；L為超高過渡段起點至終點的長度。代入已知數據得到的超高漸變率ρ=0.006 6，小于規范規定的匝道超高最大漸變率1/150，滿足要求。ES匝道超高漸變見圖7。

圖7 ES匝道超高漸變圖

2.2.4 連接部處WS匝道縱坡的確定

在鼻端三角區附近設置附加路拱，匝道縱坡計算方法類似于分流連接部。同樣地，以ES匝道為控制匝道，確定好ES匝道縱坡之后，再通過計算，確定鼻端處及鼻端后某樁號的標高，求出兩點間的長度，計算它們的坡度，此坡度即為WS匝道接入匝道連接部的縱坡。WS匝道縱坡求解見圖8。

圖8 WS匝道連接部縱坡求解圖

計算方法如下：

（1）分別過鼻端中心K作ES匝道、WS匝道的垂線KM、KN，交ES匝道于M樁號，交WS匝道于N樁號；

（2）通過漸變率的計算，可知MK斷面對應的ES匝道路拱橫坡值i=a，路拱方向指向鼻端，NK斷面對應的WS匝道路拱橫坡值為i=b，路拱方向背向鼻端；

（3）在K點沿著路脊線往前不遠處選某點S，分別作ES匝道、WS匝道的垂線SO、SQ交ES匝道于O樁號、WS匝道于Q樁號；

（4）通過漸變率的計算可知，OS斷面對應的ES匝道路拱橫坡值i=c，路拱方向指向路脊線，QS斷面對應的WS匝道路拱橫坡值為i=d，路拱方向背向路脊線；

（5）已經確定ES匝道縱坡，故M、O兩點的標高M標高、O標高為已知。鼻端中心K點標高K標高=M標高-LMK×a，路脊線上S點處的標高S標高=O標高-LOS×c，WS匝道上N點標高N標高=K標高-LN-K×b，Q 點標高 Q標高=S標高-LQS×d，其中 LMK、LOS、LNK、LQS分別為 MK、OS、NK、QS 兩點間的長度；

（6）WS匝道連接部處NQ的縱坡PNQ便可確定兩樁號的差值。

3 分析

3.1 設計方法分析

通過以上連接部的設計對比，我們得知，當兩匝道連接部處平面線形確定之后，連接部處的精細化設計需要具體情況具體分析。一般情況下，當連接部處次要匝道平面線形位于控制匝道內側，則采取本項目分流連接部的方法對其進行設計、計算；當連接部處次要匝道位于平面線形控制匝道的外側，則采取本項目合流連接部設計方法對其進行設計、計算。

3.2 三者關系簡要分析

匝道連接部處路拱橫坡和超高漸變兩者關系密不可分。一般情況，先確定匝道連接部附近某匝道的設計中心線為圓曲線的半徑，查找規范，找出對應的超高值，通過最大、最小漸變率、斷面寬度，算出最大最小漸變長度，再根據匝道間的平面線形關系，在最大、最小漸變長度中選用合適的超高漸變長度，使得連接部處兩匝道路拱橫坡能銜接順暢。

連接部的縱坡銜接，往往是先由平面線形的復雜程度、交通量大小來確定主要匝道（控制匝道）和次要匝道。次要匝道的縱坡往往是在路拱橫坡和超高漸變確定之后，根據主要匝道（控制匝道）已確定的縱坡，通過路拱橫坡，計算確定。

4 結語

本文通過運用兩種連接部的設計方法，對匝道連接部處作精細化設計，使得連接部處縱坡銜接良好，橫坡過渡順暢，進而使行車舒適、排水順暢。希望通過本文，能提供互通式立交匝道的設計參考。